移動互聯網終端應用開發技術

楊勇 鄺宇鋒 魏騫

提出了一種應用開發統一架構。架構包括移動互聯網終端應用的統一開發框架和開發環境兩部分，目的在于最大程度地降低技術門檻，提高復用程度和抹平操作系統差異。該架構不僅能支持移動應用的開發，還將支持未來陸續推向市場應用的開發，使得技術資產能夠得到復用并持續增值。開發移動應用時，企業需要根據用戶的需求特點、開發人員技術儲備能力、產品上線時間窗口、開發成本等多個因素綜合考慮，最終選擇最優的開發模式和方案。

移動應用；開發模式；統一解決方案

This paper describes a unified architecture for application development. This architecture includes a unified development framework of mobile internet terminal and development environment. The architecture minimizes the technical threshold， improves the degree of reuse， and unifies the differences in operating systems. The architecture supports current and future development of mobile applications put into the market one after another. The supporting of mobile application development can make the technology assets be multiplexed and sustained value-added. Enterprises need to consider user demand， the capacity of technology developers， the time of a product lunching， and development costs when developing a mobile application. Only then can they choose the best development model and programs.

mobile application； development mode； unified solution

蘋果的iOS、谷歌Android和微軟的Window Phone是3種主流的移動終端操作系統[1-2]。在此之上，各廠商都創建了相應的移動互聯網終端應用生態環境：操作系統廠商提供操作系統層的開放接口和開發平臺，第三方專業應用開發商或個人開發者基于開放接口和開發平臺進行應用的開發，而消費者個人在享受豐富的移動互聯網應用的同時，也貢獻出個人的商業價值。截至2013年6月，蘋果AppStore中的應用數量超過90萬個，谷歌android應用市場Google Play中的應用數量接近100萬個，微軟的應用商店的應用數量也已經超過10萬個。移動互聯網終端應用的開發因操作系統及開發語言的不同而存在多種開發模式，不同的開發模式都存在相應的關鍵技術，同時，也對開發人員的開發技能提出了各種不同的要求。為了提高應用的用戶覆蓋率，每一款移動應用都會盡可能地支持iOS和Android操作系統，甚至Windows Phone操作系統。然而我們知道，各類操作系統平臺在開發語言、開發工具等方面存在著巨大的差異，技術門檻高，移植工作量大，開發成本也比較高。特別地，由于操作系統間存在的較大差異，使得專業的應用開發商不得不將不同操作系統類型的移動應用交由多個專業團隊開發，不同團隊研發的不同操作系統的版本很容易出現用戶體驗不一致等問題。如何高效快速開發移動終端應用，同時確保較高的開發質量和較低的開發成本，并保證不同類型操作系統版本的用戶體驗一致性，是移動互聯網終端應用開發最重要的實現目標。

1 移動互聯網終端應用的

開發模式

1.1 移動應用開發模式分析

從總體上講，現有的移動互聯網終端應用開發方式主要有原生模式、Web模式和混合模式3種類型。這3種不同的開發模式，各自具有自身的優缺點，因而也各自有著不同的應用場景[3]。

（1）原生應用開發模式

原生應用開發模式也稱Native開發模式，開發者需要根據不同的操作系統構建開發環境、學習不同的開發語言及適應不同的開發工具。原生應用開發模式如圖1所示。

Native應用開發模式其最大的優勢是，基于操作系統提供的原生應用程序接口（API），開發人員可以開發出穩定、高性能、高質量的移動應用；缺點是，需要具備多種不同開發語言和開發工具的開發能力，開發、更新、維護的周期長，所以對于專業性要求比較高的移動應用，大都由具有較高技術水平的團隊作為保障，團隊內部不同操作系統版本的應用開發人員之間的工作需要密切合作，確保版本質量及不同版本被消費者使用時具有一致性的用戶體驗，團隊間的溝通協調成本也較高。

Native應用開發模式適用場景是針對那些高性能、快速響應類的面向廣大用戶的終端應用。例如：有些3D游戲類應用（APP）需要提供實時響應的豐富用戶界面，對這類APP而言，Native開發模式可以充分展示其性能和穩定性優勢，只要投入足夠的研發力量，都可以開發出高質量的APP。

（2）Web應用開發模式

超文本鏈接標記語言（HTML5）技術的興起給Web APP注入了新的生機。由于瀏覽器作為移動終端的基本組件以及瀏覽器對Web技術的良好支持能力，熟悉Web開發技術的人才資源豐富，使得Web APP具有開發難度小、成本低、周期短、使用方便、維護簡單等特點，非常適合企業移動信息化的需求。特別是上一輪的企業信息化在PC端大多選擇了瀏覽器/服務器（B/S）架構，這樣就能和Web APP通過手機瀏覽器訪問的方式無縫過渡，重用企業現有資產。對于性能指標和觸摸事件響應不苛刻的移動應用，Web APP完全可以采用Web技術實現，但是對于功能復雜，實時性能要求高的應用，Web APP還無法達到Native APP的用戶體驗。

（3）跨平臺Hybrid應用開發模式

Hybrid APP是一種結合Native開發和Web開發模式的混合模式[4]，通常基于跨平臺移動應用框架進行開發，比較知名的第三方跨平臺移動應用框架有PhoneGap、AppCan和Titanium。這些引擎框架一般使用HTML5和JavaScript作為編程語言，調用框架封裝的底層功能如照相機、傳感器、通訊錄、二維碼等。HTML5和JavaScript只是作為一種解析語言，真正調用的都是類似Native APP的經過封裝的底層操作系統（OS）或設備的能力，這是Hybrid APP和Web APP的最大區別。

企業移動應用采用Hybrid APP技術開發，一方面開發簡單，另外一方面可以形成一種開發的標準。企業封裝大量的原生插件（Native Plugin），如支付功能插件，供JavaScript調用，并且可以在今后的項目中盡可能地復用，從而大幅降低開發時間和成本。Hybrid APP的標準化給企業移動應用開發、維護、更新都帶來了極高的便捷性，如工商銀行、百度搜索、街旁、東方航空等企業移動應用都采用該方式開發[5]。

1.2 3種應用開發模式比較

在運行態下，3種不同應用運行所需要的運行環境各不相同，其中和Web相關的應用模式，其運行環境需要瀏覽器或瀏覽器模塊（如Webview）的支持。Native、Web和Hybrid運行圖如圖2所示。

下面，我們從不同的維度，對3種不同類型的移動應用開發模式進行分析和比較，并對其適用場景作簡要說明。3種不同開發模式的比較如表1所示。

每一種開發模式都有自己的優缺點，企業或開發者需要根據用戶的需求、自身的技術儲備能力、產品上線時間壓力、成本等多個因素綜合考慮，選擇適用的開發模式，最優的開發模式不是一成不變，而是在于選擇、搭配靈活的架構解決方案。

2 應用開發關鍵技術

前面介紹了移動應用開發的3種模式，下面我們將對移動應用開發經常用到的相關關鍵技術進行介紹和分析。

（1）網絡訪問加速技術

移動網絡發展迅猛，目前運營商提供各種從2G、3G、Wi-Fi甚至4G的試點網絡，如何確保用戶在各種復雜網絡環境下使用移動應用獲得良好的體驗，是移動應用開發中的關鍵問題之一。總體指導原則為：應用動態感知用戶的網絡狀況，調整應用處理邏輯和應用內容展現機制。例如：在沒有網絡的情況下，應用需要從緩存中獲取數據展現給用戶；在2G/3G網絡的情況下，數據均通過壓縮傳輸，圖片通過設置確定是否加載，大圖默認不加載；在Wi-Fi網絡的情況下，默認加載完整數據和圖片，并對數據進行預讀和緩存。

用戶在使用移動應用過程中，會出現網絡切換、網絡中斷、網速異常下降的情況。應用需要根據網絡異常進行嚴格處理，如網絡請求采用異步線程處理，不影響用戶的主流程操作和響應；在代碼編寫中對網絡請求代碼做多重異常保護措施，增強代碼的健壯性，防止應用因為網絡不穩定導致閃退等問題。

（2）能耗控制技術

受限于電池的供電能力，移動應用的耗電控制是開發過程中要重點考慮的因素之一。

應用耗電控制的技術涉及到應用開發方法和應用網絡訪問等多個方面。在應用開發中，需要掌握各種省電的手段。例如使用JPEG格式圖片、減少不必要的JS庫加載、減少內存占用降低應用耗電量，另外在Android應用開發過程中盡量多采用GridView組件，該組件在一個應用頁面切換到另外一個頁面時候GridView可以智能地以整頁生成的方式刷新界面，這不僅能加快刷新速度，同時也降低了CPU和內存的使用率，這樣可以大大節約應用耗電量。網絡頻繁訪問和大數據交互也是應用耗電的一大重要原因，應用設計過程中，需要考慮應用網絡訪問的頻度并減少不必要的數據交互。

（3）安全技術

在移動互聯網的大環境之下，安全問題無處不在。移動應用的安全包括數據安全和運行安全，其中數據安全保護目的是防止靜態和傳輸中的數據泄露，涉及到數據的安全存儲、清除及數據通信的加密兩個方面。在開發過程中，應用需要明確規定機密數據范圍以及可存放于移動設備的數據的范圍，機密數據必須存儲于固定加密空間中。此外，應用還可能需要支持遠程刪除丟失或遭竊設備中的數據。對重要業務系統的訪問需要通過加密通道，訪問地址支持黑白名單控制等方式進行數據的訪問控制。

在應用開發過程中還需要注意，應用內針對用戶輸入密碼的文本框，應提供軟鍵盤輸入方式，禁止第三方輸入法輸入，避免通過攔截用戶輸入獲取用戶密碼，有效增加應用的安全機制。應用運行安全是要實現應用運行態下的應用隔離，讓第三方的鉤子程序無法獲知應用入口不能夠加載關聯外部應用。

（4）開發框架選擇技術

開發框架主要定義了整體結構、類和對象的分割，及其之間的相互協作、流程控制，便于應用開發者能集中精力于應用本身的實現細節。同時，框架更加強調設計復用，好的框架可以讓開發者事半功倍。

常用的Java Script開發框架種類非常繁多。jQuery Mobile是jQuery公司發布的針對手機和平板設備，經過觸控優化的Web框架，在不同移動設備平臺上可提供統一的用戶界面。jQuery Mobile框架基于漸進增強技術，并利用HTML5和CSS3特性。Sencha Touch是一款HTML5移動應用框架，通過它創建的Web應用，在外觀上感覺與iOS和Android本地應用十分相像。它利用HTML5發布音頻/視頻并進行本地存儲，利用CSS3提供圓角、背景漸變、陰影等廣泛使用的樣式。

Android Annotations是一個開源的Native應用開發框架，該框架提供的Android依賴注入（Dependency Injection）方法，可以使得開發Android應用和J2EE項目一樣方便，加速Android 應用的開發。根據應用需要的關鍵需求，權衡選擇應用的開發框架，是基本原則。

（5）能力接口封裝技術

在跨平臺技術開發應用過程中，為了實現能力統一調用及接口復用，通常需要將系統底層的能力封裝成統一的接口，如JS形式的接口，從而使HTML5/JS編寫的代碼能通過瀏覽器核心模塊Webview組件實現底層能力的調用[6]，如攝像頭、定位、通訊錄等能力。由于存在多種不同的終端操作系統，如Android、iOS、Windows Phone等，如何實現同一個接口功能在不同操作系統上的封裝，是Hybrid類應用開發的關鍵技術之一。能力接口的封裝具有重要的價值和應用前景，可以廣泛應用于移動終端，例如網絡電視（IPTV）機頂盒等終端類產品。

（6）遠程服務的調用技術

遠程服務調用是移動應用與后臺服務之間數據交換的實現方式，移動應用通常使用基于超文本傳輸協議（HTTP）的Web Service協議來實現終端和服務器之間的數據交換[7]。Web Service通常基于簡單對象訪問協議（SOAP）的標準方式和基于表述性狀態轉移（REST）兩種方式。前者由于數據傳輸量較大，應用場景受限；后者能基于可擴展標記語言（XML）和JSON等的多種方式。特別地，JSON是一種輕量級的數據交換格式，以容易閱讀、解析速度更快、占用字節更少等優點在移動應用領域比原有的XML數據格式更受歡迎。由于采用字符串式的內容編解碼，JSON串的處理性能更高，更有利于提供移動應用的性能及用戶體驗。目前業界有多種JSON的開源實現，選擇高性能的JSON編解碼器也是提升移動應用遠程服務調用性能的關鍵技術。

（7）Web展現技術

該技術主要用于Web、Hybrid模式中的用戶交互界面的開發，利用HTML5、Java Script、CSS3實現界面展現、業務邏輯、人機交互和特效展現。使Web開發工程師可采用熟悉的HTML5、CSS3完成終端的應用展現，如使用localStorage存儲用戶持久化數據、sessionStorage存儲用戶臨時數據如登錄信息等。業務邏輯處理通過Java Script代碼實現，增加touchstart、touchmove、touchend等多點觸摸事件提高用戶交互，通過Web展現技術開發的應用可以和Native的應用媲美。同時該技術開發的應用具有良好的跨平臺優勢、應用升級簡單、用戶不需要到應用商店更新應用等特點，是成為越來越多應用開發者追捧Web技術開發的主要原因。

3 一種移動互聯網終端

應用開發架構

基于對移動互聯網應用開發模式及其關鍵技術的分析，本文提出了一種移動互聯網終端應用開發的統一架構，如圖3所示。

移動互聯網終端應用的統一架構包括移動互聯網終端應用的統一開發框架和開發環境兩部分。其中，對統一開發框架而言，采用分層的架構，減少了模塊間的耦合；應用組件、系統中間件具有良好的擴充性，能夠更好應變未知的需求；框架具有高復用性，從而有效地節省開發工作量，提高開發效率。開發環境是應用開發人員物理上感知到的最前端，讓開發者可以通過簡單易用的開發工具，基于開發框架和模板開發，快速構建移動應用，同時開發工具中需要集成終端模擬器和仿真測試環境，便于離線開發和測試，進一步提升效率。

統一開發框架主要分為系統中間件和應用組件。

系統中間件主要完成對底層系統能力的封裝，使應用層可以通過系統中間件的橋梁和系統通信，提供能力接入、能力暴露、安全控制和能力封裝功能，從而避免應用組件直接和OS層交互，可實現與應用開發語言無關，減少對OS層依賴。此外，跨平臺的統一接口調用，可以縮短開發周期，降低開發成本。

應用組件層主要提供了可復用的應用組件，包括能力組件、可視化組件等。能力組件主要提供應用基礎類庫比如企業應用的安全數據加密、對應用進行日常的日志記錄等；同時還提供系統層面的服務方法，比如應用中需要使用手機的通訊錄向好友發短信或者打電話。可視化組件主要提供基礎的用戶可感知的組件，展現層提供了Native和Web可視化組件，為了滿足各個應用展現的要求，彌補目前游戲和社交等高交互性的不足，開發者可以根據自己的需求選擇不同的展現組件。

此外，終端應用還需要通過遠程調用接口與各種云服務提供的數據存儲、服務能力進行交互，讓終端應用開發統一平臺和云計算服務有機的結合[8-9]，為用戶提供更加豐富和快捷的功能。

4 結束語

由于當前移動應用是業界的熱點。各行各業都陸續為越來越多的關鍵服務賦予移動特性，許多企業正力求找到最佳的開發方法來實現目標。但種種實踐表明，每一種開發模式都具有一定的局限性，沒有哪一種方法能夠滿足所有對移動應用的要求。本文提出應用開發統一架構的目的在于最大程度地降低技術門檻，提高復用程度和抹平操作系統差異。在此基礎上，具體采用哪種模式開發移動應用，需要企業根據面向用戶的需求特點、開發人員技術儲備能力、產品上線時間窗口、開發成本等多個因素綜合考慮，最終選擇最優的開發模式和解決方案。本文提出應用開發統一架構不僅能支持首款移動應用的開發，還將支持未來陸續推向市場應用的開發，使得技術資產能夠得到復用并持續增值。

參考文獻

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